斯沃特曼铁矿对水中磷迁移转化的影响机制
发布时间：2020-11-20 17:33
本文使用慢速合成方法合成了一种铁氧化物,通过XRD、红外吸收光谱、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段进行表征分析,确定成功合成了高纯度的非晶态的斯沃特曼铁矿。通过合成样品的元素分析确定了本次合成的斯沃特曼铁矿的化学式为Fe_8O_8(OH)_(5.52)(SO4)_(1.24),其表面硫酸根和孔内硫酸根含量分别为0.31 mmol/g和0.93 mmol/g。根据SEM、TEM和BET测试,本次斯沃特曼铁矿是直径约为500 nm的球形或椭圆形颗粒、比表面积为209 m~2/g,孔体积为0.34 cm~3/g。用合成的斯沃特曼铁矿做吸附剂对溶液中无机磷和有机磷进行静态吸附,研究了溶液pH、初始浓度、共存离子等对吸附性能的影响,再研究了吸附后的斯沃特曼铁矿稳定性。结果表明:斯沃特曼铁矿可以吸附无机磷和有机磷,实际吸附量分别达268.08 mg/g和57.37 mg/g,均符合Langmuir等温吸附模型和伪二级吸附动力学模式,属于单层化学吸附,其最大理论吸附量分别为269.3 mg/g和56.46 mg/g,与实际吸附量一致。对不同形态磷的吸附速率常数表明,斯沃特曼铁矿对无机磷的吸附速度比有机磷快。斯沃特曼铁矿也可以同时吸附不同形态的磷,且吸附趋势与单独吸附一致,具有不同的吸附位点,相互影响较小的特点。这是因为无机磷在斯沃特曼铁矿上的吸附机理是以磷酸根的形式交换孔洞内硫酸根为主,交换表面硫酸根为辅,而有机磷在斯沃特曼铁矿上的吸附机理是以表面硫酸根交换为主的原因。在pH 2-6范围内,无机磷的吸附量保持不变,而pH6时其吸附量出现下降趋势。而对有机磷的吸附在pH 2-10范围内基本恒定不变。常见的三种离子NO_3~-、Cl~-、SiO_4~(2-)对斯沃特曼铁矿吸附不同形态磷的影响小。有机磷吸附和无机磷吸附都可以抑制斯沃特曼铁矿向针铁矿转变,拓宽了斯沃特曼铁矿的稳定存在范围。
【学位单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X753
【部分图文】：
图 1.1 磷酸盐形态分布系数与溶液 pH 的关系Fig 1.1 Distribution coefficient of phosphate in solution at various pH1.2 磷对环境的危害氮、磷等物质进入水体中，会引起水体中藻类和浮游植物快速繁殖，量死亡等现象称之为水体富营养化。水体中氮磷比为 6～15 是藻类生磷而言，藻类生物对磷更敏感[8]。当水中磷的含量相对较低的时候，的影响不大[9]。因此，控制水中磷的浓度便能抑制水体富营养和赤潮：水体中氮浓度大于 0.2～0.3 mg/L，磷浓度超过 0.01～0.02 mg/L，生，在 pH7 - 9 的水体中细菌总量大于 10 万个/mL，叶绿素 a 浓度超过 10营养化[10]。
图 1.2 25℃时 Fe-S-K-O-H 系统的 pe-pH 图表Fig. 1.2 pe-pH diagram for Fe-S-K-O-H system at 25℃h(mv) / 59.2；SO42-= -2.32；K = -3.78；Jt = 黄铁钾钒，Sh = y = 黄铁矿。图中各条线的方程：Gt(pe = 17.9 - 3 pH)；Jt(pe 18.22 - 2.6 pH)，Py(pe = 5.39 - 1.14 pH)。虚线表示亚稳状态。结构特征的主要差异表现在 FeO3(OH)3八面体的排列规则上。，都由双链 FeO3(OH)3八面体组成，其双链共享角形成着 c 轴延伸。每个晶胞具有两个相同的“孔道”，其中处[41]，即孔径为 0.5 nm。斯沃特曼铁矿“孔道”内存与“孔道”内两个相邻的 Fe 原子键合，形成双齿链桥
图 1.3 斯沃特曼铁矿和正方针铁矿的结构模型 6Fig.1.3 Structural model of schwertmannite and akaganeite：a 为斯沃特曼铁矿，其中内部硫酸根：双齿；外部硫酸根：单齿。B 为正方针铁矿，其中绿颜色为颜色为 O。4.3 斯沃特曼铁矿表面特征斯沃特曼铁矿是一种结晶性差的矿物质，是球形或椭圆形的颗粒，直径为 200 - 500 于大尺寸的硫酸根（0.46 nm）占据在空腔中，正方针铁矿的结构在 a 轴方向上发生扭曲此在四方晶胞中的 c 轴单位是单斜晶 b 轴单位的二倍，为 0.604 nm（表 1.2），这导致晶先沿着平行 c 轴生长（长达 200 nm），而垂直晶体生长几纳米，因此，斯沃特曼铁矿的具有针状体结构和高的比表面积，其表面针状体平均宽度和厚度为 2 - 4 nm，长度为 60；表面积通常在 100 - 200 cm2/g 范围内[34,36,42]。
【相似文献】
本文编号：2891758
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图 1.1 磷酸盐形态分布系数与溶液 pH 的关系Fig 1.1 Distribution coefficient of phosphate in solution at various pH1.2 磷对环境的危害氮、磷等物质进入水体中，会引起水体中藻类和浮游植物快速繁殖，量死亡等现象称之为水体富营养化。水体中氮磷比为 6～15 是藻类生磷而言，藻类生物对磷更敏感[8]。当水中磷的含量相对较低的时候，的影响不大[9]。因此，控制水中磷的浓度便能抑制水体富营养和赤潮：水体中氮浓度大于 0.2～0.3 mg/L，磷浓度超过 0.01～0.02 mg/L，生，在 pH7 - 9 的水体中细菌总量大于 10 万个/mL，叶绿素 a 浓度超过 10营养化[10]。
图 1.2 25℃时 Fe-S-K-O-H 系统的 pe-pH 图表Fig. 1.2 pe-pH diagram for Fe-S-K-O-H system at 25℃h(mv) / 59.2；SO42-= -2.32；K = -3.78；Jt = 黄铁钾钒，Sh = y = 黄铁矿。图中各条线的方程：Gt(pe = 17.9 - 3 pH)；Jt(pe 18.22 - 2.6 pH)，Py(pe = 5.39 - 1.14 pH)。虚线表示亚稳状态。结构特征的主要差异表现在 FeO3(OH)3八面体的排列规则上。，都由双链 FeO3(OH)3八面体组成，其双链共享角形成着 c 轴延伸。每个晶胞具有两个相同的“孔道”，其中处[41]，即孔径为 0.5 nm。斯沃特曼铁矿“孔道”内存与“孔道”内两个相邻的 Fe 原子键合，形成双齿链桥
图 1.3 斯沃特曼铁矿和正方针铁矿的结构模型 6Fig.1.3 Structural model of schwertmannite and akaganeite：a 为斯沃特曼铁矿，其中内部硫酸根：双齿；外部硫酸根：单齿。B 为正方针铁矿，其中绿颜色为颜色为 O。4.3 斯沃特曼铁矿表面特征斯沃特曼铁矿是一种结晶性差的矿物质，是球形或椭圆形的颗粒，直径为 200 - 500 于大尺寸的硫酸根（0.46 nm）占据在空腔中，正方针铁矿的结构在 a 轴方向上发生扭曲此在四方晶胞中的 c 轴单位是单斜晶 b 轴单位的二倍，为 0.604 nm（表 1.2），这导致晶先沿着平行 c 轴生长（长达 200 nm），而垂直晶体生长几纳米，因此，斯沃特曼铁矿的具有针状体结构和高的比表面积，其表面针状体平均宽度和厚度为 2 - 4 nm，长度为 60；表面积通常在 100 - 200 cm2/g 范围内[34,36,42]。
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